JPS625660A - ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法

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JPS625660A
JPS625660A JP14556085A JP14556085A JPS625660A JP S625660 A JPS625660 A JP S625660A JP 14556085 A JP14556085 A JP 14556085A JP 14556085 A JP14556085 A JP 14556085A JP S625660 A JPS625660 A JP S625660A
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collector
semiconductor
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Kazuo Eda
江田 和生
Masaki Inada
稲田 雅紀
Toshimichi Oota
順道 太田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波特性に優れたヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタに関するものである。
従来の技術 従来のバイポーラトランジスタの代表的構造を第4図に
示す。図において、1はn型シリコン基板、2はエピタ
キシャル成長によってその上に設けられたn十型コレク
タ、3は拡散によって設けられたp型ベース、4は拡散
または合金によって設けられたn型エミッタ、5はコレ
クタ電極、6はベース電極、7はエミッタ電極である。
これはnpn)ランジスタであるが、prz))ランジ
スタでも同様に構成することができる。この例は同一の
半導体材料すなわちシリコンを用いテ、エミッタ、ベー
ス:コレクタを形成している。
ところで、エミッタをベースよりも禁制帯エネルギーの
大きい半導体を用いて形成すると、非常に高い電流利得
の得られることが知られている。
これは材料を適当に選ぶことにより、エミッターベース
接合部のバンド構造を、電子に対してはあまり障壁にな
らず、ホールに対して大きな障壁となるように構成でき
ることによる。その代表的な例は、エミッタにムJxG
a1 、Asを、ベースとコレクタにGaAsを用いた
ものである。
さらにこのような構造とすることにより、高周波特性が
いちじるしく改善されることが知られている。バイポー
ラトランジスタの最大遮断周波数Fcは F c = 1/ (2πRbCc)       (
1)Rbiベース抵抗 CC;コレクタ容量 であられされる。エミッタをベースよりも禁制帯エネル
ギーの大きい半導体を用いて形成すると、前述の如く、
材料を適当に選ぶことにより、エミッターベース接合部
のバンド構造を、電子に対してはあまシ障壁にならず、
ホールに対して大きな障壁となるように構成できる。そ
のため、ベースのキャリア濃度(ホール濃度)を非常に
高くすることができる。したがって、ベース抵抗を極端
に小さくすることができ、その結果として最大遮断周波
数Fcの非常に大きな値が得られるものである。
しかしながらこの構造を得るのは、プロセス的には非常
に難しい。とくに高周波特性を上げるためベース長をみ
じかくしようとすると、そのベース電極の取シ出しがむ
つかしくなる。
第5図は、このベース電極の取シ出しを改良した従来例
(特公昭55−3829)である。図において、8はn
型GaAs基板、9はコレクタを形成するn型GaAs
、10はベースを形成するp型GaAs、11はエミッ
タを形成するn型ムlxG!L1.As、 12はベー
ス電極取り出しのためのp聖人JxGa1 、As、 
13はコレクタ電極、14はベース電極、16はエミッ
タ電極である。
まず8のGaAs基板上に、液相エピタキシャル法によ
り、9,10.11の各層を形成する。つぎにメサエッ
チングにより、9のコレクタ層の一部を露出させ、その
部分に再び液相エピタキシャルによって12のベース電
極取り出しのだめのp聖人JxGa、−xAs層を形成
しそれぞれに電極を形成したものである。
発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、まだコレクタ容量およびエ
ミッタ容量が大きく、そのだめ高周波特性に充分優れた
ものが得られない。本発明はかかる点に鑑みなされたも
ので、ベース電極の取シ出しの容易さを保ったまま、コ
レクタ容量およびエミッタ容量の小さい構造を提供する
ことを目的としている。
問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するため、コレクタ領域とペ
ース電極取り出し用層の間に、半絶縁性半導体層を形成
することによって、ベース電極の取り出しの容易さを保
ったまま、コレクタ容量の小さい構造とし、更にxミノ
ターベース接合部の面積を、エミッタ電極取り出し用半
導体層の面積よりも小さくすることによって、エミッタ
容量の小さい構造を提供するものである。
作用 本発明は上記した構造により、コレクタ容量およびエミ
ッタ容量が低減するので高周波特性が改善される。
実施例 第1図は本発明の構造の一実施例を示したものである。
第1図において、16は半絶縁性GaAs基板、17は
n十型GaAs:+レクタ層、18はn型GaAs コ
レクタ層、19はp型GaAsベース層、2oはn聖人
1xGa1−xASエミッタ層(X=0.3)、21は
電極域シ出し用n+型GaAs層、22は、17 (D
 n + fil GaAsコレクタ層の上に形成され
た半絶縁性AlyG!L1−アムS層(7=0.3)、
23は22の上に、19のp型GaAsベース層に隣接
して形成されたpmGaAs層、24はコレクタ電極、
25はベース電極、26はエミッタ電極である。
2Qのエミッタ層とベース層の接合面積は、その上に形
成された21のエミッタ電極取)出し用n+GaAs領
域の面積よりも小さくなっている。
各層の厚みは、16の半絶縁性GaAs基板が400p
m、17のn十型GaAs層が4000人、18のn型
GaAsコレクタ層が2o00人、19のp型GaAs
ベース層が1000人、20のn聖人1xGIL1−x
ASエミッタ層は1000人、21のエミッタ電極取り
出し用n十型GaAs層は15o023op型Ga1s
層は2oooXである。17〜23の各層は、分子線エ
ピタキシー(MB’l!:)Kよって形成された。
次に本実施例の構造の素子の製造方法について述べる。
まず16の半絶縁性GaAs基板の上に分子iエピタキ
シーにより、17〜21の各層を所定の厚みに形成した
。次に化学気相成長(cvn)法により、その上に30
oO人の5i02膜を形成した。次に通常のホトリソグ
ラフィー法によりレジストマスクを形成し、このレジス
トマスクによって、第2図に示すように、メサ状にエツ
チングを行い17のn十型GaAsコレクタ層を露出さ
せた。第2図において、27は5i02膜、28はレジ
ストである。5i02のエツチングは、HF (フッ酸
)を用いて、GaAs、AJxGal−xAsのエツチ
ングは、H2SO4−H2O2−H20混合液を用いて
行なった。
次にKI −I2− H20系エツチング液により、メ
サ部の断面からAlxG2L1−xASのみを選択的に
エツチングし、第3図に示すようにエミッタ部を凹状に
くぼませた。くぼみの深さはエツチングの時間を変える
ことにより任意に制御することができた。
次にレジストをアセトンで除去し、分子線エピタキシー
により、1500Aの半絶縁住人1y G 1L1y人
S膜および2000Xのp型GaAs膜を形成した。1
7のn型GaAs上に形成された膜はエピタキシャル成
長しておシ、完全な単結晶膜であったが5i02膜上に
形成された膜は多結晶膜であった。H2SO4−H2O
2−H20混合液を用いてエツチングすると、単結晶膜
と多結晶膜とでエツチング速度に大きな差があシ、新に
成長させた単結晶膜がほとんどエツチングされない間に
多結晶膜を取り去ることができた。
次にホトリソグラフィー法によって、エミッタおよびベ
ースを形成する部分にレジストマスクを形成し、このレ
ジストマスクを用いて、22.23の各層をH2S04
−H2O2−H20混合液を用いて、コレクタ電極形成
部を露出させた。
次に、レジスト部をアセトンで、5i02膜をHFによ
って除去し、通常のホトリソグラフィーおよび真空蒸着
および熱処理技術によI)24,25゜26の各オーミ
ック電極を形成した。
本実施例の構造のコレクタ容量Ccは18と19のpn
接合部の接合容量と、22と23の接合部の接合容量の
和となる。
一般にPn接合の容量CPnは a;接合部面積 q;電荷 NA1;p型半導体のアクセプタ濃度 ND2 ; n型半導体のドナー濃度 ε1;p型半導体の誘電率 ε2;n型半導体の誘電率 ■b;バイアス電圧 で与えられる。
これよ)、アクセプタ濃度とドナー濃度の差が大きい場
合には、近似的にその大きさの小さい方で決ることがわ
かる。本実施例のp型Ga Asベース層のアクセプタ
濃度は、1・1o19/α3、n型G2LAFコレクタ
層のドナー濃度は、6・1o17/ ayt 3である
。したがってコレクタ容量は近似的に Cp n cc J■「F(3) となる。一方、n十型Ga人S層と、半絶縁性ム1yG
a、−yAs層との接合容量は、半絶縁性1yGa1□
As層のアクセプタ濃度が1・1014/ an3 以
下であるため、接合容量は、このアクセプタ濃度の平方
根に比例し、その値は、(3)式の値よりもはるかに小
さいものとなる。もし半絶縁性層がない場合には、22
と23の接合容量は、n+GaAs層のキャリア濃度が
、1−1o1810n’と大きいため、この部分のコレ
クタ容量が大きなものとなる。p型GaAsに代えてp
工人1xGvL1−xASを用いても、接合容量はほと
んどかわらない。
以上の理由から、本実施例のように、p型ベース電極数
り出し用G’2LAS層とn+型GaAs層との間に、
半絶縁性層を形成することにより、同一面積の構成であ
ればコレクタ容量をはるかに小さくできる。
また本実施例では、半絶縁性層はコレクタ電極取り出し
用n十型GaAs層の上に形成したが、n型GaAsコ
レクタ領域の上に形成しても同様の効果の得られること
は明らかである。
本実施例では、半絶縁性層としてA%Ga1□人S(0
,3)を用いたが、y=o  すなわちG2LAsを用
いても、コレクタ容量を低減させるということでは、同
じ効果を有することは明らかである。
本実施例では、7=0.3を用いたが、7>0.3の人
1 y G L 1yムSを用いれば、コレクタよりも
禁制帯エネルギーが大きいため、これによりp型ベース
電極数り出し用GaAs層とn型コレクタ層との間のも
れ電流を、更にすくなくすることができる。もれ電流は
トランジスタの電流増幅率を低下させるだめ、もれ電流
を低減させることにより電流増幅率を向上させることが
できる。
更に、トランジスタの電流増幅率が1となる最大周波数
Ftは Ft=(1/2π)−(人・Ca+B)   (4)C
e;エミッタ容量 人、Bi定数 で与えられる。
、、、、県・人下々さ−) したがって、エミッタ容量Ceをへらすことにより、高
周波特性を更に改善することができる。
このことは従来から知られているが、ホトリソグラフィ
ー技術の限界により、ある一定以下のマスクの寸法は得
られず、そのため従来の方法(ベース−エミッタ部の面
積がエミッタ電極爪シ出し用半導体層の面積と同じにな
る方法)では、その限界以下のエミッターベース接合面
積の素子は得られなかった。
本実施例では、エミッターベース接合部の面積がエツチ
ングにより非常に小さくしてあり、Ce(Ceはエミッ
ターベース接合部の面積に比例する)が小さく、そのた
め高周波特性が改善される。
本実施例で得られたベテロ接合バイポーラトランジスタ
は予想されたように以下の特徴を示した。
まず1000Aという非常に薄いベースに良好なオーミ
ック電極を形成することができた。またコレクタ容量お
よびエミッタ容量が非常に小さくなったことから、同一
寸法の場合、従来のものに比べて高周波特性が非常に向
上した。
なお本実施例では、半絶縁性半導体層はコレクタ層との
みと接しているが、ベース層の一部と接した状態であっ
ても、その上のベース電極とシ出し用p型層がベース層
に接触できる範囲であればかまわないことは明らかであ
る。
まだ本実施例では、所定の構造を得るために分子線エピ
タキシーを用いたが、そのほかに、例えば、有機金属化
学気相成長(MO−CVD)法を用いても作成すること
ができる。
また本実施例では、半導体としてGaAs−A J x
 G a 1x A sを用いたが、他の半導体材料、
例えばInP−InGaAsP等を用いても作成するこ
とができる。また人j濃度として、X=0.3、y=o
、3 を用いたが、これは0〜1の範囲で任意に選ぶこ
とができる。Xの値の大きい場合には、エミッタ層の選
択エツチング液としてHFを用いることができる。
また本実施例では、5i02膜を利用したがSi3 N
4など他の材料からなる膜を用いても良い。
゛ 本実施例では、エミッタ、コレクタをn型に、ベー
スをp型にしたが、エミッタ、コレクタ電極型に、ペー
スをn型にした場合には、ペース取シ出し層をn型とす
れば良い。
発明の効果 以上述べた如く、本発明は、ベース電極の取り出しの容
易さを保ったまま、コレクタ容量およびエミッタ容量を
著しく低減することにより、高周波特性に優れたヘテロ
接合バイポーラトランジスタを、提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構造図、第2図及び第
3図は本発明の構造を実現するだめの製造途中の構造図
、第4図は従来のバイポーラトランジスタの構造図、第
5図は従来のヘテロ接合トランジスタの構造図である。 16・・・・・・半絶縁性GaAs基板、17・・・・
・・n+GaAs層、18・・・・・・n型G2LAS
コレクタ層、19・・・・・・p型GILASヘース層
、20・・・・・・n型AJxGa1 、Asエミッタ
層、21・・・・・・n+GaAs層、22・・・・・
・半絶縁性AJxGa1−xAs層、23・・・・・・
p型GaAs層、24・・・・・・コレクタ電極、25
・・・・・・ベース電極、26・・・・・・エミッタ電
極、27・・・・・・Si02層、2s・・・・・・レ
ジスト。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名l8
−−− コレクタ 第2図 第4図 第5図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくともエミッタ領域とその上に隣接して設け
    られたエミッタ電極取り出し用半導体層と、ベース領域
    と、コレクタ領域を有し、少なくともエミッタがベース
    を形成する半導体より禁制帯エネルギーの大きい半導体
    からなり、該エミッタ、ベース接合面積が該エミッタ電
    極取り出し用半導体層の面積よりも小さく、該コレクタ
    または該コレクタ電極取り出し用領域の一部の上に半絶
    縁性層を有し、その上に少なくとも該ベース領域に接触
    して設けられた半導体領域を介して、ベースへの電気的
    接触をとったことを特徴とするヘテロ接合バイポーラト
    ランジスタ。
  2. (2)半絶縁性層として、ベースを形成する半導体より
    も禁制帯エネルギーの大きい半導体を用いたことを特徴
    とする特許請求の範囲第(1)項記載のヘテロ接合バイ
    ポーラトランジスタ。
  3. (3)半導体基板の上に、コレクタ領域、ベース領域を
    形成した後、ベースを形成する半導体より禁制帯エネル
    ギーの大きい半導体を用いて、エミッタ領域を形成し、
    更に、ベースと同一半導体を用いてエミッタ電極取り出
    し用領域を形成し、更に、絶縁膜マスクを用いて、エッ
    チングにより、該エミッタ、該ベース、該コレクタ領域
    の一部をメサ状に残して、該コレクタ領域を露出させ、
    更に選択エッチング液によって、該エミッタ層のみ凹状
    にエッチングし、そのあとで露出された該コレクタ領域
    および該絶縁膜マスク上に半絶縁性層を形成し、更に、
    その上に、少なくとも該ベース領域に接触して半導体領
    域を形成し、エッチングによって該絶縁膜マスクを除去
    し、更に該半導体領域と該半絶縁性層の一部を、エッチ
    ングによって除去して該コレクタの一部を露出させ、該
    エミッタ層、該半導体領域、該コレクタ領域に、それぞ
    れエミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極を形成した
    ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの
    製造方法。
  4. (4)半絶縁性層として、ベースを形成する半導体より
    禁制帯エネルギーの大きい半導体を用いたことを特徴と
    する特許請求の範囲第(3)項記載のヘテロ接合バイポ
    ーラトランジスタの製造方法。
JP14556085A 1985-07-02 1985-07-02 ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法 Granted JPS625660A (ja)

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JPH0577174B2 JPH0577174B2 (ja) 1993-10-26

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01241166A (ja) * 1988-03-23 1989-09-26 Hitachi Ltd バイポーラトランジスタの製造方法
US4967252A (en) * 1988-03-18 1990-10-30 501 Fujitsu Limited Compound semiconductor bipolar device with side wall contact

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4967252A (en) * 1988-03-18 1990-10-30 501 Fujitsu Limited Compound semiconductor bipolar device with side wall contact
JPH01241166A (ja) * 1988-03-23 1989-09-26 Hitachi Ltd バイポーラトランジスタの製造方法

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